基于图像识别的消泡剂智能投加系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体为基于图像识别的消泡剂智能投加系统。

背景技术

在污水处理厂和自来水厂通常设有接触消毒池，接触消毒池指的是使消毒剂与污水混合，进行消毒的构筑物，主要功能是杀死处理后污水中的病原性微生物。因此，接触消毒池广泛应用于需要进行污水处理的各个领域。

但消毒池中的水体常常会出现泡沫现象。消毒池中的泡沫不仅会耽误处理工艺的操作和正常运行、影响出水水质，严重降低污水处理的合格率，泡沫漫溢而且还会引起事故的发生。此外消毒池内泡沫残留还会导致排出的水体也出现泡沫现象，这些泡沫将阻隔氧气进入水中，严重影响自然水域中生物的生长。由此可见，泡沫过多会引发生产和生态上的诸多问题，污水处理厂和自来水厂通常采用向消毒池内加入消泡剂的方式来解决泡沫问题。

但目前一般采用定时定量的方式加入消泡剂，需要工作人员根据泡沫量调节消泡剂的加入量，消泡剂加药系统自控部分很难与动态水质进行较好地联动，而人为调节数据不仅耗费了人力，也不够精确，增加了药剂使用量，不能实现节能减排经济运行。

发明内容

本发明的目的在于：提出基于图像识别的消泡剂智能投加系统，该技术方案能够根据实际的泡沫量智能投加消泡剂。

为解决上述问题，本发明提供的基础方案：基于图像识别的消泡剂智能投加系统，包括控制器、图像采集模块、消毒池采集模块、加药模块；

所述图像采集模块包括若干个摄像头，设置在排水口及消毒池上方，内置有用于测量泡沫量的图像识别算法；

所述消毒池采集模块，包括PH值传感器，温度传感器；

所述加药模块，包括若干个喷洒装置，所述喷洒装置在消毒池上方均匀设置；

所述控制器与所述摄像头、所述PH值传感器，所述温度传感器、所述喷洒装置均电连接，用于根据采集结果控制所述喷洒装置进行消泡剂的投放。

基础方案的有益效果：图像采集模块对排放口水面进行图像采集并分析排水口的泡沫量，相较于直接对消毒池中泡沫量进行采集分析，排放口采集分析能够将从消毒池到排放口之间影响泡沫量因素考虑进去，例如消毒池到排放口之间水的流动、流动时间等都会对排水口的泡沫量造成影响，通过直接对排放口进行分析能够使消泡剂的投放量更加准确；本系统还将消毒池采集模块对消毒池内PH值、水温影响泡沫的因素进行采集，并根据相应结果进一步调整投放量。

而消毒池内的图像采集分析主要用于对消毒池中泡沫分布情况（消毒池各区域的泡沫量）进行分析；若干个喷洒装置能够使得消泡剂均匀且全面地覆盖消毒池，还能根据消毒池中泡沫分布情况调整各区域的喷洒量，使泡沫剂用量更准确，进一步降低泡沫剂的使用，实现智能投加消泡剂。

作为优选方案，所述图像采集模块采用UPS进行供电，并通过光纤网络接入控制器。

UPS为不间断电源，确保图像采集模块能够稳定有效运行，采用光纤网络利于快速传输大体积的图像资源。

作为优选方案，所述图像采集模块包括有补光装置与光照传感器，所述补光装置和所述光照传感器与所述控制器均电连接。

通过光照传感器判断是否具备采集清晰图像的条件，在光照不够时补光装置能够进行补光，保证采集的图像满足分析要求，光照充足的图像也能保证分析结果的准确性。

作为优选方案，所述喷洒装置设有独立控制开关，所述独立控制开关与所述控制器电连接。

各喷洒装置能够独立启闭，根据泡沫量在消毒池内的分布情况更精准、灵活地调节消泡剂使用量。

作为优选方案，所述加药模块还包括消泡剂储存箱、所述消泡剂储存箱内设置有液位传感器与搅拌机，所述液位传感器与所述搅拌机均与所述控制器电连接，所述消泡剂储存箱与所述喷洒装置连接。

液位传感器能够对消泡剂储存箱内的消泡剂进行液位检测，避免消泡剂过多或过少，搅拌机能够对消泡剂进行搅拌，避免使用时由于沉淀导致消泡效果降低。

作为优选方案，所述消泡剂存储箱与所述喷洒装置之间设置有流量计，所述流量计与所述控制器电连接。

控制器根据流量计反馈的数据控制加药量，流量计的设置能够保证药剂的精准性、有效性，达到节能增效的效果。

作为优选方案，还包括报警模块，用于进行液位报警与各模块的自检报警。

通过报警模块能够及时针对系统的异常状态发出报警，及时检修，保证系统顺利工作。

作为优选方案，还包括显示模块，用于展示图像采集模块采集到的画面和显示报警信息。

便于形象地了解出水口的水质状态，判断整个系统是否正常运行，还用于直观了解相关的报警信息。

附图说明

图1是基于图像识别的消泡剂智能投加系统的主要结构图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本申请技术方案进行进一步详细说明：

如图1所示，基于图像识别的消泡剂智能投加系统，包括控制器、图像采集模块、消毒池采集模块、加药模块，图像采集模块、消毒池采集模块和加药模块与控制器均电连接。

图像采集模块，包括若干个摄像头，本实施例中优选采用CCD摄像头，设置在排水口及消毒池上方，摄像头定期采集排放口的图像，还包括清晰度判定子模块、图像预处理子模块，清晰度判定子模块，用于判定采集图像的清晰度是否满足分析要求，通过基于边缘检测的清晰度判定算法，选取采集的多张排放口图像中清晰度高的图谱进行分析，当清晰度均不满足要求时，重新调用摄像头进行图像采集直至图像合格；图像预处理子模块将对选出的图像进行图像质量增强与分析预处理，图像质量增强包括但不限于对比度调整、降噪，分析预处理包括但不限于图像分割、图像匹配、提取图像轮廓与数值；最终根据内置的测量泡沫量的图像识别算法，分析出排水口的泡沫量完成对数据的归类、存储、传输和显示，图像采集模块内置的测量泡沫量的图像识别算法为现有技术，是本领域技术人员在进行图像识别时常用的算法，比如中国专利号CN112183533A就公开了一种泡沫量的识别算法。

于一种优选实施例中，摄像头还将定期采集消毒池的图像，通过区域分割以及对不同区域进行近距离图像采集，并依托图像识别算法判断消毒池中泡沫分布情况，对泡沫较多区域适当加大消泡剂使用量，对泡沫较少区域适当减少消泡剂使用量，从而更加准确地使用消泡剂，进一步节省消泡剂的使用总量。

消毒池采集模块，包括PH值传感器，温度传感器等，本实施例中可采用型号为PH511的PH值传感器与型号为WZP-330-9的温度传感器，传感器均与系统内部控制器电连接。通过对影响泡沫量其他因素的采集分析，调节消泡剂的使用总量。

对于上述图像采集模块，优选采用UPS（不间断电源）确保能够稳定有效运行，图像采集模块与消毒池采集模块通过光纤网络接入控制器，控制器读取图像采集模块反馈的数据，根据分析处理的结果自动启动加药设备。

图像采集模块还设有补光装置与光照传感器，当光线较暗或处于夜晚时，光照传感器将检测相关参数是否低于预设的正常阈值，本实施例中可采用型号为GZ-A1的光照传感器，当光线较暗时启用补光装置，以保证图像采集模块能够采集到能够进行有效分析的图像，补光设备应尽量避免水面光线反射导致采集的图像反光。

加药模块，包括若干个喷洒装置，所述喷洒装置在消毒池上方均匀设置，能够均匀且全面地覆盖消毒池，所述喷洒装置设有独立控制开关，所述独立控制开关与所述控制器电连接，各喷洒装置能够独立启闭，一方面使得消泡剂能够不留死角地进行泡沫消除工作，另一方面也使得分区域使用消泡剂成为可能。

所述控制器与所述摄像头、所述PH值传感器，所述温度传感器、所述喷洒装置均电连接，用于根据采集结果控制所述喷洒装置进行消泡剂的投放。

加药模块还包括消泡剂储存箱、液位传感器、投加泵、搅拌机、流量计，消泡剂储存箱与喷洒装置连接，用于为喷洒装置供给消泡剂，消泡剂储存箱还包括保温层，防止温度过低导致储存箱中液体凝固；液位传感器设置于消泡剂储存箱内，液位传感器与控制器电连接，用于自动检测消泡剂储存箱的液位，本实施例中可采用型号为PTS130L的液位传感器，提前设置好液位阈值，当消泡剂的液位高度达到阈值时进行报警，液位报警包括高液位报警与低液位报警，高液位报警主要避免消泡剂过多加注，低液位报警主要用于及时提醒补充消泡剂，当处于低液位报警时，将自动停止投加泵工作。搅拌机设置于消泡剂储存箱内并与控制器电连接，用于自动定时搅拌容易沉淀的药剂，保证能够顺利喷洒，也保证药剂均匀进而保证使用效果。消泡剂储存箱与喷洒装置之间设置有流量计，流量计与控制器电连接，流量计用于控制消泡剂使用量，本实施例中流量计的参数根据图像采集模块的分析结果进行相应调整。

本系统还包括报警模块，除了用于进行液位报警外，还包括各模块的自检报警，当各模块出现问题时发出报警，提醒及时进行检修。本实施例中还设有备用的加药模块，当出现故障时，进行报警并自动切换到备用的加药模块，以保证消泡工作正常进行。

本系统还包括显示模块，包括液晶图像显示屏，用于展示图像采集模块采集到的画面，能够直观展示排水口的泡沫量情况，更形象地了解出水口的水质状态，便于判断整个系统是否正常运转；显示模块还用于显示报警信息，便于直观了解相关的报警信息。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，还包括环境监测模块，所述环境监测模块包括环境采集子模块，环境分析子模块，环境采集子模块用于采集排水口的航拍图像以及周围环境图像，环境采集子模块采集的图像包括排水口周边水域和陆地的图像数据，环境分析子模块将根据航拍图像分析是否存在其他可能影响排水口图像分析的其他因素，如其他污染源等。

环境采集子模块还将对排水口进行水样采集，环境分析子模块将分析水样是否包含污水残留污染物与其他污染物（不属于污水中残留的污染物）、消泡剂残留等，如有其他污染物说明存在其他污染源，采集的排水口图像可能受到影响，此时环境采集子模块将扩大采集范围，以找寻其他污染源；此外，存在消泡剂残留量异常，说明消泡剂用量过大，加药系统将根据环境分析子模块的反馈调整消泡剂使用量。

实施例三

本实施例与实施例二的区别在于，图像采集模块还包括验证子模块，图像采集模块中的摄像头定期采集消毒池的图像，不仅用于判定消毒池中泡沫分布情况，事实上也能采集分析消毒池中的泡沫总量，并能通过消毒池中的泡沫总量得到排水口正常情况下的泡沫量预测值。

当图像采集模块通过采集的排水口图像判断出排水口的泡沫量时，验证子模块将根据当前图像采集模块采集的消毒池图像分析出排水口正常情况下的泡沫量预测值，将排水口的泡沫量与排水口正常情况下的泡沫量预测值比对，检查当前排水口的泡沫量是否处于合理范围，由此验证排水口泡沫是由于消毒池消泡剂使用不够引起的，而非其他原因；当验证子模块判定排水口的泡沫量与排水口正常情况下的泡沫量预测值相差过大时，即说明存在其他影响排水口的泡沫量的情况，此时报警模块将进行报警，环境监测模块将开启工作，该技术方案能够有效验证消泡剂使用量对排水口泡沫是否具有因果关系，环境监测模块根据此结果进行启闭也可以节约资源，降低系统运行成本。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。